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🎓 レベル：標準　|　重要度：A（必須） 📎 前提：情報セキュリティとは（CIAとAAA）

要点（BLUF）

概念：2つの道具、別々の目的

暗号の基礎には目的の違う2つの道具があります。混同しないことが第一歩です。

「暗号化したから安全」は誤解で、暗号化だけでは改ざんを検知できません。守る側は機密性＝暗号、完全性＝ハッシュ/MACと役割を分けて理解します。

仕組み：対称鍵暗号（AES）

対称鍵暗号は1つの共有鍵 K で暗号化と復号を行います。代表は AES（鍵長 128/192/256 bit）。長所は高速で、大量データの暗号化に向きます。短所は鍵配送問題――通信前に K を安全に共有せねばならず、そこを盗まれると全部読まれます。この問題を解くのが次節の公開鍵暗号（公開鍵暗号）です。

利用モードも重要です。単純なブロック暗号の使い方（ECB など）はパターンが漏れるため避け、認証付き暗号（AEAD） の GCM などを使うのが現代の既定です。AEAD は機密性に加えて改ざん検知（完全性）も同時に提供します。

仕組み：ハッシュ（SHA）と3つの性質

暗号学的ハッシュ H は任意長の入力を固定長（SHA-256 なら 256 bit）に写します。守る側が頼るのは次の3性質です。

メッセージに鍵を絡めて認証する HMAC を使えば、「正しい鍵を持つ者が作った／改ざんされていない」ことを確認できます（完全性＋真正性）。

図解：暗号は機密性、ハッシュは完全性

flowchart LR
    P["平文"] -->|"AESで暗号化（鍵K）"| C["暗号文（読めない）"]
    C -->|"AESで復号（鍵K）"| P2["平文に戻る"]
    M["メッセージ"] -->|"SHA-256（一方向）"| D["ダイジェスト（指紋）"]
    D -. "元には戻せない" .-> M

防御側の使い方／設定

なぜ安全か：一方向性と認証タグ

ハッシュが完全性に効くのは、なだれ効果と一方向性のおかげで「少しの改ざんが指紋を大きく変え、かつ望む指紋に合わせる入力を作れない」からです。AEAD が改ざんに強いのは、暗号文に認証タグが付き、1バイトでも変わればタグ検証が失敗するからです。

下のデモは、(1) 1文字違いで SHA-256 が大きく変わること、(2) AES-GCM が改ざんを検知することを実際に示します。

security-study/labs/hash_oneway_demo.py の実行結果（抜粋）：

sha256('password') = 5e884898da28047151d0e56f8dc6292773603d0d6aabbdd62a11ef721d1542d8
sha256('Password') = e7cf3ef4f17c3999a94f2c6f612e8a888e5b1026878e4e19398b23bd38ec221a
変化したビット数 = 140 / 256 bit
同一平文でも一致しない（ソルト） -> True

先頭1文字を変えただけで 256 bit 中およそ半分（140 bit）が反転しています。これがなだれ効果です。

security-study/labs/symmetric_aead_demo.py の実行結果（抜粋）：

復号結果 = transfer 100 to alice
改ざん検知 OK -> InvalidTag
AAD不一致検知 OK -> InvalidTag

暗号文を1バイト改ざんすると InvalidTag で復号が拒否されます。暗号化と完全性が同時に守られていることが分かります。

仕組みの直観

対称鍵暗号は南京錠を1個だけ複製して相手に渡すイメージ。同じ鍵で閉めて開ける。問題はその鍵の合鍵をどうやって安全に渡すか。ハッシュはシュレッダーで、紙を細断して指紋（細断パターン）は取れるが、指紋から元の紙は復元できない。指紋が違えば中身が変わった証拠になります。

⚠️ よくある誤解・設定ミス

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